專利名稱：立式大量程高精度光學平面測試裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學測試儀器領域，具體涉及一種立式大量程高精度光學平面測試裝置。
背景技術：
對光學成像系統(tǒng)波前的檢驗是高分辨率光學系統(tǒng)成像質量檢測的重要手段。采用自準法對光學系統(tǒng)波前檢測時(光軸水平)，需要對立式大口徑平面鏡面形情況進行復測和監(jiān)測，而現有方法對光學平面鏡的檢測需要干涉儀和基準平面鏡，常規(guī)高精度測量光學平面鏡面形的方法是干涉測量法，需要干涉儀口徑不小于被測試平面鏡口徑；同時，需要提供至少同等口徑的平面基準鏡。如圖I所示，現有的測試裝置包括干涉儀I、被測系統(tǒng)2和平面鏡3 ;干涉儀I發(fā)出被測光線經過被測系統(tǒng)2后由平面鏡3反射回干涉儀1，被測光線和基準光產生干涉條紋，經過其內部圖象采集、測試與計算處理后，給出被測試系統(tǒng)光學波 前像差。目前國外平面干涉儀可測試最大口徑為600_;國內沒有此類設備。現有的測量方法對設備的加工要求高，且機械擾動性對測量方法影響較大。

發(fā)明內容
為了解決現有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種立式大量程高精度光學平面測試裝置，該裝置可實現大口徑光學平面反射鏡在使用過程中的面形校準與監(jiān)測，且測試精度高。本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案如下立式大量程高精度光學平面測試裝置，該裝置包括支撐底臺、水平轉臺、精密轉臺、長導軌、第一反射鏡、第二反射鏡、第一測角裝置、第二測角裝置、滑板、數據采集分析系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；支撐底臺上依次放置水平轉臺和精密轉臺，精密轉臺的一側與長導軌連接，長導軌上安裝滑板、第一測角裝置和第二測角裝置；第一反射鏡和第二反射鏡固定在滑板上，滑板在長導軌上運動；數據采集分析系統(tǒng)控制第一測角裝置和第二測角裝置，電控系統(tǒng)控制精密轉臺和滑板運動。工作原理由兩個測角裝置發(fā)出基準光線經兩個反射鏡折轉到被測試平面反射鏡上，然后經反射由原路返回，通過兩個測角裝置接收和測試獲得各自光線偏轉角度，兩個測角裝置的角度差值變化量即為測試點之間的角度變化值；通過兩個反射鏡在長導軌上的等間隔移動而獲得各個測試點之間的角度變化值，用此角度變化值和間隔量的乘積可獲得測試點間的高度變化值，從而測試出平面鏡在此方向上的輪廓形狀；同時，經過精密轉臺的不同角度轉動定位實現對平面鏡在不同方向上的輪廓形狀測試，最后對測試數據進行分析計算而獲得平面鏡整體、全口徑面形輪廓圖。本發(fā)明的有益效果是
(I)本發(fā)明采用直接測量方式，避免了傳統(tǒng)的相對測量方法所需要采用口徑相當的基準平面鏡和干涉儀。(2)本發(fā)明利用了測角裝置在測試光學波前質量的同時可精確提供波前傾斜信息的特點，并且具有體積小、重量輕、精度高，數字化程度高，不同姿態(tài)使用不影響測試結果的特點，靈活方便使用，設備承載量減小，精度易于保證。(3)本發(fā)明采用兩套測角裝置和反射鏡相組合的方式測試角度變化量，從而大幅度降低設備結構不穩(wěn)定性對測試精度的影響，也降低了對測試環(huán)境的要求，較易達到穩(wěn)定性的要求。


圖I現有技術中的位相差測試裝置的結構圖。圖2本發(fā)明立式大量程高精度光學平面測試裝置的結構圖。圖3是由本發(fā)明獲得的光學面形輪廓圖。圖中1、干涉儀，2、被測系統(tǒng)，3、平面鏡，4、升降支腿，5、支撐底臺，6、水平轉臺，7、配重塊，8、垂直精密轉臺,9、連接軸，10、長導軌,11、第一五棱鏡，12、第二五棱鏡，13、第一哈德曼波前測試儀，14、第二哈德曼波前測試儀，15、滑板，16、數據采集分析系統(tǒng)，17、電控系統(tǒng)，18、承載板，19、平面反射鏡和20、條帶區(qū)域。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖2所示，立式大量程高精度光學平面測試裝置包括四個升降支腿4、支撐底臺5、水平轉臺6、配重塊7、垂直精密轉臺8、連接軸9、長導軌10、第一五棱鏡11、第二五棱鏡12、帶有自準光源的第一哈德曼波前測試儀13、帶有自準光源的第二哈德曼波前測試儀14、滑板15、數據采集分析系統(tǒng)16、電控系統(tǒng)17和承載板18 ;四個升降支腿9均布在支撐底臺5的四個邊角處，水平轉臺6置于支撐底臺5上，垂直精密轉臺8置于水平轉臺6上，配重塊7固定在垂直精密轉臺8的一端，連接軸9的一端固定在垂直精密轉臺8的另一端，垂直精密轉臺8通過連接軸9與承載板18連接，承載板18與長導軌10連接，滑板15在長導軌10上滑動；第一五棱鏡11和第二五棱鏡12固定在滑板15上,帶有自準光源的第一哈德曼波前測試儀13和第二哈德曼波前測試儀14均固定在長導軌10上；電控系統(tǒng)17與垂直精密轉臺8和滑板15的內部電路驅動部件連接，用于控制垂直精密轉臺8的豎直方向轉動角度和滑板15上安裝的第一五棱鏡11和第二五棱鏡12的直線移動位置和距離；數據采集分析系統(tǒng)16與第一哈德曼波前測試儀13和第二哈德曼波前測試儀14連接，用于采集、計算與分析測角數據；被測試平面反射鏡18位于滑板15的前方。本發(fā)明立式大量程高精度光學平面測試裝置的測量方法如下步驟一將經由第一哈德曼波前測試儀13和第二哈德曼波前測試儀14發(fā)出的平行光分別對準第一五棱鏡11和第二五棱鏡12,平行光經第一五棱鏡11和第二五棱鏡12折轉90°，分別入射到被測試的大口徑平面反射鏡19上，調整平面反射鏡19，使得經平面反射鏡19反射后的平行光分別返回到第一哈德曼波前測試儀13和第二哈德曼波前測試儀14；
步驟二 由電控系統(tǒng)17控制豎直轉動垂直精密轉臺8，通過連接軸9使得滑板15轉動到所要測試的平面反射鏡19的待測條帶區(qū)域20，轉動水平轉臺6和調整升降支腿4，使得平行光垂直入射到被測平面反射鏡18上，完成對測試系統(tǒng)的校準；步驟三通過第一五棱鏡11與第二五棱鏡12在大量程直線長導軌10上的等間隔移動，獲得不同測試點上沿移動方向的角度變化量，此角度變化量與移動間隔的乘積即為被測試平面反射鏡18在此方向上的兩間隔點之間的高度差，在每一個測試點處讀取第一哈德曼波前測試儀13和第二哈德曼波前測試儀14顯示的角度值，記錄二者角度差值變化量，由數據采集分析系統(tǒng)16完成對被測平面反射鏡19在該條帶區(qū)域20的輪廓測試；步驟四重復操作步驟二和步驟三，如圖3所示，可依次完成被測平面反射鏡19的多個條帶區(qū)域20的輪廓測試。本發(fā)明測試裝置中影響測角精度的主要因素為測角儀測試精度、掃描導軌精度、轉臺精度與穩(wěn)定性。測角儀采用允許多種狀態(tài)使用的高精度哈德曼波前測試儀，由于其體積小、重量輕，可在不同姿態(tài)下使用，測試精度不受重力影響，因而，可實現該裝置中在不同 方位角度上對光學波前條帶區(qū)域輪廓掃描測試的功能；由于五棱鏡的光學特性，在測試方向上對機械擾動不敏感，因此，對導軌精度要求不過高，可實現加工，對I. 5米有效形成的長導軌10，精度要求10'丨，而承載板18控制導軌的精度。對轉臺的要求主要是在對平面反射鏡19測試條帶掃描測試過程中不要晃動，因此，需要有良好的精度即3 '丨和鎖緊機構即可。本發(fā)明的測試裝置結構簡單，易于設計加工，可測試口徑主要取決于長導軌10的有效量程，對于I. 5m量程的長導軌10,由于五棱鏡的光學特性,在測試方向上對機械擾動不敏感，因此，對長導軌10加工精度要求不高，較易達到。
權利要求
1.立式大量程高精度光學平面測試裝置，其特征在于，該裝置包括支撐底臺、水平轉臺、精密轉臺、長導軌、第一反射鏡、第二反射鏡、第一測角裝置、第二測角裝置、滑板、數據采集分析系統(tǒng)和電控系統(tǒng)； 所述支撐底臺上依次放置水平轉臺和精密轉臺，精密轉臺的一側與長導軌連接，長導軌上安裝滑板、第一測角裝置和第二測角裝置；所述第一反射鏡和第二反射鏡固定在滑板上，滑板在長導軌上運動；所述數據采集分析系統(tǒng)控制第一測角裝置和第二測角裝置，電控系統(tǒng)控制精密轉臺和滑板運動。
2.如權利要求I所述的立式大量程高精度光學平面測試裝置，其特征在于，所述第一反射鏡和第二反射鏡為五棱鏡。
3.如權利要求I所述的立式大量程高精度光學平面測試裝置，其特征在于，所述第一測角裝置和第二測角裝置為雙哈德曼波前傳感器。
4.如權利要求I所述的立式大量程高精度光學平面測試裝置，其特征在于，該裝置還包括升降支腿；所述升降支腿固定在支撐底臺下方。
5.如權利要求I所述的立式大量程高精度光學平面測試裝置，其特征在于，該裝置還包括配重塊；所述配重塊固定在精密轉臺的一側。
6.如權利要求I所述的立式大量程高精度光學平面測試裝置，其特征在于，該裝置還包括連接軸；所述精密轉臺通過連接軸與長導軌連接。
7.如權利要求I或6所述的立式大量程高精度光學平面測試裝置，其特征在于，該裝置還包括承載板；所述承載板位于連接軸和長導軌之間。
全文摘要
立式大量程高精度光學平面測試裝置屬于光學測試儀器領域，該裝置包括支撐底臺、水平轉臺、精密轉臺、長導軌、第一反射鏡、第二反射鏡、第一測角裝置、第二測角裝置、滑板、數據采集分析系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；支撐底臺上依次放置水平轉臺和精密轉臺，精密轉臺的一側與長導軌連接，長導軌上安裝滑板、第一測角裝置和第二測角裝置；第一反射鏡和第二反射鏡固定在滑板上，滑板在長導軌上運動；數據采集分析系統(tǒng)控制第一測角裝置和第二測角裝置，電控系統(tǒng)控制精密轉臺和滑板運動。該裝置其體積小、重量輕，可在不同姿態(tài)下使用，測試精度不受重力影響，結構簡單，易于設計加工，可測試口徑主要取決于長導軌的有效量程。
文檔編號G01B11/24GK102878949SQ20121036389
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權日2012年9月26日
發(fā)明者馬冬梅, 宋立維, 王濤 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所